mise en forme des matériaux polymères polymer … · rêvons par exemple d’un pignon...
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Mise en Forme des Matériaux Polymères
Polymer Processing
Philippe Cassagnau
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Mise en forme des polymères: Approche thermomécanique de la plasturgie
Que dit Internet?
ANTEC, the plastic conference International Conference of the Polymer Processing Society
http://mediamef.utt.fr
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Que dit Web of Science?
Quel est le facteur d’impact des journaux? <3 (Ciel mon facteur H!)
Polymer Processing 1-USA 2-Chine 3-Allemagne 4-Japon 5-France
1-PRES Lyon 2-CEA 3-Paris VI 4-Univ Grenoble 5-Univ Strasbourg
Polymer AND Reactive Processing 1-USA 2-Chine 3-Allemagne 4-France 5-Japon
1-PRES Lyon 2-Univ Lorraine 3-CEA 4-Univ Nantes Angers Le Mans 5-Univ Montpellier
Polymer AND Composites 1-USA 2-Chine 3-Inde 4-Japon 5-Corée du Sud 6-Angleterre 7-France
1-PRES Lyon 2-Univ Grenoble 3-Univ Nantes Angers Le Mans 4-Univ Européenne Bretagne 5-PRES Toulouse
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Que dit le CNRS?
Mais comment fait-on une publication scientifique avec un tel bidule?
En 2002:
En 2014: Un exposé «processing» pour l’ANF polymère serait judicieux
On va bientôt parler de TRL !
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Que disent les industriels?
L’industrie des plastiques est menacée en Europe Marché sans croissance ou en déclin Coût de l’énergie élevé (par rapport aux US par exemple)
Innovation dans des procédés plus économes en énergie
La recherche française est excellente…. ……mais nous ne savons pas où la trouver ! Un trop grand éclatement des compétences dans l’hexagone Nécessité d’une plus grande lisibilité, visibilité, réactivité et flexibilité
Avant l’ANF Après l’ANF ?
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Que fait-on en Europe?
Grands pôles identifiés http://www.polymers.nl
http://www.ipfdd.de
http://www.proplast.it
http://www.iap.fraunhofer.de
Existe t-il des structures équivalentes en France?
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Les recherches dans le domaine de la mise en œuvre réactive
En 1990: 3 laboratoires équipés d’extrudeuses bi-vis (Strasbourg, Lyon-St Etienne, Sophia Antipolis) 2013/2014: vente d’extrudeuse bi-vis Labo académique: ∼ 8 Sites industriels :∼ 50
Mais les verrous scientifiques n’ont pas réellement changé! ♦Chimie sélective dans des conditions extrêmes de température Pas de nouvelles chimies mais chimies dans des conditions non usuelles
♦Mélange et dispersion des charges Une réelle avancée depuis les années 2000 avec les nanocomposites
♦Polymère bio-sourcés et polymère naturels Pas de rupture conceptuelle mais des spécificités (rem: L’extrusion de l’amidon est proche de celle du PVC!)
Forte évolution technologique des équipements
Faible effort en modélisation/simulation Un impératif absolu
Source confidentielle
En langage académique: Chimie dans les écoulements laminaires de haute viscosité
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Quels sont les enjeux scientifiques pour les 10 prochaines années? Polymer processing H2024
Que disait-on en 1994 pour 2004? Que disait-on en 2004 pour 2014?
Le vocabulaire a considérablement changé……. Mélange de polymères ⇒ Mélanges nanostructurés Polymères chargés ⇒ Nanocomposites Composites ⇒ Composites pour l’allègement des structures ………………………………….les matériaux aussi
Mais toujours extrusion (co-extrusion), injection (co-injection), etc…
De nouveaux concepts et de nouvelles réalités: Développement durable, Economie circulaire, Recyclage Transition énergétique: Stockage de l’énergie, Allègement des structures, etc…. Procédés propres, intensification des procédés BIO (biosourcé, biodégradable, etc…) Chimie et croissance Verte, etc…
De nouvelles structures Pôles de compétitivité, ANR, FUI (et bien-sûr l’AERES!)
Une réalité:
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Un parechoc issu de polymères recyclés (recyclage iso-fonction) 3 points simples du cahier des charges
Propriétés choc
Compatibilisation
Rhéologie
Chimie radicalaire
Mise en peinture
Traitement de surface
3 brevets, 0 publications Six ans de R&D
Grande complexité
Mais le prix de pétrole a chuté et donc le parechoc recyclé n’est plus économiquement rentable
Simple Trivial Technologie maîtrisée
Défis à relever: 1-Intégrer la complexité formulation/procédés/matériaux/coût
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Défis à relever: 2-Intégrer l’ensemble de la chaîne de valeur
Chimie
Formulation
Procédés
Mise en oeuvre
Structuration
Propriétés
Mise en forme
Scale up
Applications
Marchés
1
9
4
6
Recherche académique
Développements industriels
IRT Fraunhofer
Physique
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Défis à relever: 3-Une rupture dans la formulation Réduction de la consommation énergétique de 30% d’ici 2030 Répondre à la transition énergétique et allègement des structures Transport: Diminution de la masse d’une pièce tout en ayant des
propriétés mécaniques égales voire améliorées
Pourquoi la viscosité est-elle si importante? Injection: Pièces d’épaisseurs plus faibles et donc diminution de l’énergie consommée pour la mise en œuvre et mise en forme L’injection d’un pare choc automobile requiert un moule de 18 tonnes. Avec une viscosité 1000 fois plus faible le moule ne ferait plus que 2 tonnes
Composites: Mais pourquoi s’acharne t-on à toujours vouloir polymériser? (un gouffre énergétique, un coût élevé, REACH compatible?) L’avenir est dans les polymères thermoplastiques de faible viscosité R Agnaou, M Capelot, S Tencé-Girault, F Tournilhac, L Leibler Supramolecular Thermoplastic with 0.5 Pa·s Melt Viscosity JACS, 2014, 136, 11268−11271 Très prospectif et il n’existe pas de solutions universelles
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Défis à relever: 4- Morphologies et structuration Multiéchelles
Beaucoup d’intuitions et de modélisations a posteriori (Le processing est souvent absent ou du moins les contraintes (ou vitesses de déformations) sont dans des ordres de grandeur 1000 fois plus faibles que celles rencontrées dans les procédés usuels) Outils de simulation indispensables: Après la CAO, la MAO (Morphologie Assistée par Ordinateur)? ⇒«Designer» la morphologie idéale ⇒Elaboration de cette morphologie Mise en forme du matériau pour le vendre à des milliers voire des millions d’exemplaires
Linéaire ou quasi-linéaire Une vie de chercheur
Non-linéaire, un impératif absolu La vraie vie!
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Défis à relever: 5-Les changements d’échelle Un défi technologique uniquement?
Des millions d’Euros d’investissement en R&D!
Des développements sur 5-10 ans
10g
10kg
10 tonnes
Peut-on dépenser moins et gagner du temps? Surement avec l’aide de la modélisation et simulation
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
Défis à relever: 6-Les nouveaux outils de mise en forme
Bien-sûr l’mpression 3D (fabrication additive)
Rêvons par exemple d’un pignon d’engrenage constitué de céramique, de métal et de polymère élaboré par une seule machine 3D
Technologies couplées Surmoulage par exemple Polymère/métal, polymère/polymère, polymère/X) Plastiques intelligents (La plastronique) Etc…..
Vers le home factory?
ANF Polymères, 12-14 Novembre 2014
DON’T WORRY BE
POLYMER PROCESSING
White BOOK
La mise en œuvre et en forme des
polymères en France H2025